工业信息化中的测控技术

工业信息化中的测控技术

发展与展望

清华大学自动化系金以慧一、问题的提出二、工业企业的信息化三、测控技术的发展四、测控技术对计算机的要求五、结束语1一、问题的提出

1、信息时代对国民经济的激励

信息时代所具有的巨大能力，使国民经济中生产

与贸易的方式发生了根本性的变化，信息科技与提高附加值的其他技术产生了密切的交互作用，这正是当前我们所生存的时代特征--来自美国资料--2一、问题的提出

2、中共十六大的号召继续完成工业化是我国现代化进程中的艰巨的历史性任务，大力推进国民经济和社会信息化，是覆盖现代化建设全局的战略举措。以信息化带动工业化、工业化促进信息化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展紧迫性艰巨性3一、问题的提出3、面对进入WTO的挑战与机遇本质问题是：

市场竞争能力的挑战政策信息化新技术体制4迎接全球市场竞争挑战的途径

1、工业化道路工艺的创新－－工艺路线的革命设备的更新换代－－扩容和技术更新产品的开发－－新产品的设计2、信息化建设道路采用信息化－－挖掘设备潜力，达到设备运行最优化观念的改变－－通过实现信息化，促进管理科学化5二、工业信息化1、什么是信息化2、自动化与信息化的关系3、国内外信息化发展比较61、什么是工业信息化

1工业信息化：在工业的生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，在集成平台上，实现信息的采集（传感器及仪器仪表）、信息的传输（通信）、信息的处理（计算机）以及信息的综合应用（自动化、管理、经营等功能）等都是信息化的内容。

将信息技术用于企业产品设计、制造、管理和销售的全过程，以提高企业的市场应变能力和竞争能力，这是企业信息化的主要内容和目标71、什么是工业信息化

信息化的内容归纳为：

数据采集数据加工信息传输

信息处理信息综合应用

结论：信息化需要信息学、测量学、控制理论、系统学、计算机科学、管理科学以及各种专业的学科交叉与融合才能实现82、信息化与自动化的关系

广义自动化广义自动化是指实现经营管理、计划调度、成本核算、生产监控、故障诊断、自动控制等更大范围内的自动化，又称之为“综合自动化”或称“流程工业CIMS”自动化往往是指包括检测、控制和继电保护等常规自动化的概念92、信息化与自动化的关系工业化信息化自动化

（广义）基础促进带动保证依赖提升10国外企业业信息化化发展的的三个阶阶段：70年代代以前基基础信息息化80年代代中期开开始信信息集集成（企企业内部部）90年代代后期开开始全全球信信息化（（电子商商务）国内企业业信息化化的现状状：基础信息息化尚未未完成少数企业业实现了了信息集集成极少数企企业策划划进入全全球信息息化3、国内内外信息息化发展展比较11三、测控控技术的的发展1、测量系系统的现现状与发发展测量系统统的组成成：敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件显示元件多路切换元件12传统敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件显示元件多路切换元件不平衡电电桥放放大器交交流载波波器等等测量值计计算非非线性性校正热热电偶补补偿等等指示仪表表记录仪表等等多路切换换器热电偶电电阻电电容电电感电电磁压压电节流元件件等13敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件显示元件多路切换元件发展趋势1、采用新技术：微波技术术激激光与与红外技技术纳纳米技技术超超导导技术仿仿生技术术等等等14发展趋势敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件件显示元件多路切换元件件2、向微型化集成化发展

MEMS多功能传感器敏感、信号处处理、显示等元件集集成化等等15发展趋势信号处理元件件多路切换元件件基于微处理器器的智能仪表表具有自校正、、自诊断、故故障自定位、、自修复、自自适应跟踪环环境等能力敏敏感件敏感元件调理元件显示元件多路切换元件信号处理元件16发展趋势敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件件显示元件多路切换元件件基于PC的计算机测量量仪表又称虚拟仪表集计算机技术术、信号处理理技术、图象象处理技技术等于一体体，例如汽车车发动机机检测系统、、自动计量系系统等17发展趋势敏敏感件敏感元件调理元件信号处理元件件显示元件多路切换元件件网络化仪表表系统在局域网或互互联网环境下下将分布于网网络各端口的的数据或信息息在任何时间间任何地点均均能加以采集集的测量系统统例如：网络化化流量测量系系统，网络化化水文监测系系统，网络化化环环境监测测系统，智能能交通系统、、网络化控制制系统等等18三、测控技术术的发展2、控制技术的的发展从一般控制技技术向综合自动化技技术发展（广义自动化化）19经营决策企业管理生产调度过程优化过程控制Purdue模型BPS（包括ERP）(BusinessPlanningSystem)PCS(ProcessControlSystem)MES(ManufacturingExecutionSystem)BPS/MES/PCS三层结构20集成支撑系统统数据库计算机网络经营计划系统统（BPS）生产执行系统统（MES）生产过程控制制系统（PCS）21PCS基础自动化过程自动化自动控制物料平衡分析析自动整定先进控制实时监控采集数据22相对传统的以以温度、压力力、液位等为目标的的单回路控制制而言，先进控制则是以质量和工艺要要求为指标的多多变量控制先进控制系统统的本质：23加热炉的控制制单回路控制系系统有：1、燃烧系统统－燃料、送送风、负压、、含氧量等控控制2、加热系统统－物流的温温度控制3、物流系统统－流量、压压力等控制各种控制回路路之间存在着着强耦合系统具有非线线性因素各参数之间有有互动作用作干扰处理24燃料

送风机

引风机

喷水

压力

风燃比

负压

温度

水位

给水

结论：1、在在耦合作用下下各被控参数数必然有很大大波动2、人们关心心的控制指标标：燃烧效率率、尾气含氧量、影响安安全因素（水水位、负压））等3、必需将加加热炉作一整整体来考虑－－多变量系统统25制药工业中的的典型设备－－发酵罐的自自动控制菌体浓度还原糖浓度氨氮浓度青霉素效价

营养液氨水硫氨（氮）苯乙酸26多变量鲁棒预预测控制器结结构集散控制系统实时数据库辨识器多变量预测控制器软仪表快速、平稳地地控制整套装装置、可提高高生产过程的的处理能力增加高附加值值的产品率采用预测测原理，可克克服过程大滞滞后现象和外外部干扰，达达到“卡边””生产的目标标27先进控制器实施现场曲线初馏塔干点航煤初馏点航煤干点航煤闪点轻柴95%航煤冰点28销售服务管理供应链管理作业调度资源分配企业资源计划车间管理系统统生产过程管理物料跟踪生产计划优化化设备维修管理理生产运行优化化生产状况分析析动态成本控制制质量管理过程控制层产品与工艺设计MESMES层29BPS产品与工艺设计（P/PE）企业资源计划（ERP）供应链管理（SCM）电子商务（EC）销售服务管理（SSM）30★PCS级以以产品质质量和工艺要要求为目标的的先进控控制技术（多多变量预测控控制）★MES级以生产综合指指标为目标的的生产过程优化控制、优优化操作与优优化管理技术术★BPS级以以财务分析析决策为核心心的整体资源源优化技术★基于知识链的BPS/MES/PCS三级结构流程程工业现代集成制造造系统集成技术31

物理平台集成平台数据平台EIPPCSMESERPKRM32国外信息化建建设的经济效效益分析一般生产规模模下可达1000万－3000万美美元的效益33四、测控技术术对计算机的的要求1、硬件高速率、、高精度、多多功能、大容容量数采系统统抗干扰性性强、高稳定定性的控制系系统高可靠性性、高可用性性、高可维护护性、高可扩扩展性的测控系系统平台例如，国产的的新型数采采系统，国产产的DCS、PLC、FCS等34四、测控技术术对计算机的的要求2、软件各类系统统的组态软件件及其开发工工具针对不同同行业需求的的应用软件（例如，软测测量软件、先先进控制软件件、操作优化软件、计计划调度软件件、动态成本本分析软件、ERP软件等等）基于互联联网、局域网网和现场总线线上控制软件、相应的通通讯协议、负负荷分配等网网络控制软件其他软件件35四、测控技术术对计算机的的要求3、集成系统基于现场总线线、局域网和和互联网的综综合自动化系统